CN112718907A - 一种高强耐热异构铝合金导线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种高强耐热异构铝合金导线及其制备方法。采用高导电铝棒和高强韧耐高温铝基复合材料为原材料包括如下步骤：步骤(1)：将高强韧耐高温铝基复合材料热挤压成预定大小的圆柱筒；步骤(2)：将选定直径的高导电铝棒穿进圆柱筒内，形成一个整体；步骤(3)：旋锻变形，使两者结合稳固，并获得异构铝导线。本发明的制备方法操作简单，具有普适性，生产效率高，异构导线直径容易控制、界面结合良好、表面光洁度好，并且有良好的耐热性和导电性匹配，成本低廉，易于实现工业化，具有巨大的工业应用价值。

Description

一种高强耐热异构铝合金导线及其制备方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种高强耐热异构铝合金导线及其制备方法。
背景技术
随着电力行业的发展，输电线路呈现出大容量、高电压、远距离的趋势，早期普遍应用的钢铝复合绞线均己无法满足城市旧线路扩容改造和新线路建设对导线综合性能的需求，耐热铝合金导线除了导电率较普通硬铝线略低之外，具有优异的耐热性能，能够满足提高导线载流量的要求，其强度也满足输电线路远距离化的需要，同时拥有质量轻、弧垂小等优势，在大容量高压输电线路上的应用得到越来越多的重视。
耐热铝合金导线指的是具有高于普通硬铝线耐热温度的特殊导线，其长期允许运行温度一般高于150℃，耐热铝合金导线的耐热性能要优于普通铝导线，高温运行时，其力学性能可以保持稳定，能够在不明显降低输电线强度的情况下提高导线的载流量，加大输送功率。
现有的耐热铝合金导线主要为加入Zr元素合金化，并通过添加稀土元素提高导电率，例如Al-Zr-Y、Al-Zr-Er(申请号：CN 111349820A)、Al-Zr-Er-Yb(申请号：CN111434789)等耐热导电铝合金，但其中稀土元素的含量不易控制且成本较高，限制了工业化应用。另外，工业上通过绞合形成复合结构来制备耐热铝导线，例如吴小宽等人发明一种高导电耐热铝合金导线的制备方法(专利号：CN 109887681)，通过复合纤维和铝合金绞合制备高导耐热铝合金，但绞合的铝导线为多股导线机械结合整体性不好影响导电性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强耐热异构铝合金导线及其制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高强耐热异构铝合金导线的制备方法，采用高导电铝棒和高强韧耐高温铝基复合材料为原材料包括如下步骤：
步骤(1)：将高强韧耐高温铝基复合材料热挤压成预定大小的圆柱筒；
步骤(2)：将选定直径的高导电铝棒穿进圆柱筒内，形成一个整体；
步骤(3)：旋锻变形，使两者结合稳固，并获得异构铝导线。
进一步的，所述高导电铝棒的材质为1070铝合金，所述高强韧耐高温铝基复合材料为AlN/1070铝基复合材料。
进一步的，步骤(1)中的热挤压是在400～500℃及惰性气体保护下进行，制成的圆柱筒的内径在5-25mm之间，外径在8-36mm之间。
进一步的，步骤(2)中高导电铝棒的直径比圆柱筒的内径小0-1mm。
进一步的，步骤(3)中的旋锻变形具体为：在室温下，进料速度控制在2～10m/min，模具旋转速度为50～250r/min，最后旋锻变形到所需直径大小，直径减少范围在2～25mm之间。
一种采用上述的方法制备的高强耐热异构铝合金导线。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本专利使用旋锻制备耐热铝导线，能够获得内外层结合良好的异构导线，从而获得的导线外层部分为超细晶结构且具有强高温稳定性，内层部分为沿轴向拉长的细或粗晶，实现导线具有耐热和高导性能。
(2)本专利选用旋锻工艺，可以改变内外半径调节导线内外层的比例，从而对耐热铝导线的强度和导电性匹配的调整；同时，目标导线的半径可选。
(3)本专利使用的设备成熟，材料成本低，近净成形，受限少易实现工业化，同时绿色无污染。
附图说明
图1为本发明获得的异构耐热铝导线的横截面结构示意图。
图2为本发明获得的异构耐热铝导线的内外层结合处电镜示意图。
图3为本发明实施例3获得的AlN/Al-1070Al异构耐热铝导线的拉伸曲线。
附图标记说明：
1-AlN/Al外层，2-1070Al芯。
具体实施方式
如图1-2所示，一种耐热异构铝导线，所使用的材料包括铝(铝合金)和利用Al-N系合金制备的铝基复合材料，本发明以1070铝合金和AlN/1070铝基复合材料为例。其特征是将高耐热的AlN/1070铝基复合材料加工成具有外圆柱筒形状，然后将1070铝合金套进外圆柱筒中，使AlN/1070铝基复合材料与1070结合到一起，后获得异构铝导线。后续进一步通过旋锻变形变形获得界面结合良好且具有良好耐热性和导电性的异构铝合金导线。其中AlN/1070铝基复合材料中，弥散分布的耐热相AlN增强颗粒对α-Al晶粒的晶界有极强的钉扎效应，极大提高了晶界迁移激活能，从动力学方面使复合材料具有极强的热稳定性；1070铝合金因其铝金属具有高纯度，可达99.7％，对电流的阻碍小，具有高导电性。另外1070和AlN/1070两者晶粒尺寸的差别形成类层状异质结构，会引入额外的强化效果。
实施例1
将AlN/Al复合材料先热挤压成内径为26mm、外径为30mm、长度为1.5m的圆柱筒棒材，选取长度为1.5m、直径为26mm的1070铝棒材。清理圆柱筒棒材的内表面和铝棒材的外表面后，将两者嵌套在一起，在转速为40r/min，进给速度为15mm/s下，多道次旋锻至直接为18.2mm，对应的应变量为ε＝1(
Figure BDA0002827460870000031
其中A0为变形前的横截面面积；A1为变形后的横截面面积)。325℃保温100h后，此应变量下抗拉强度保持在156MPa，导电率为60.1％IACS，相比保温前的异构导线的抗拉强度为168MPa，以及1070铝合金导电率为60.9％IACS。可以看出，本专利的异构铝导线在325℃下的强度高温保持率为93.0％，大于90％，成功将1070的耐热温度从一般150℃提高到325℃，同时保证材料导电性降低不明显。通过本专利制备的异构铝导线保持了较好的导电性能的同时，耐热性能得到了明显的提升，有着很大的应用价值。
实施例2
将AlN/Al复合材料先热挤压成内径为24mm、外径为30mm、长度为1.5m的圆柱筒棒材，选取长度为1.5m、直径为24mm的1070铝棒材。清理圆柱筒棒材的内表面和铝棒材的外表面后，将两者嵌套在一起，在转速为40r/min，进给速度为15mm/s下，多道次旋锻至直接为18.2mm，对应的应变量为ε＝1。325℃保温100h后，此应变量下抗拉强度保持在162MPa，导电率为59.4％IACS，相比保温前的异构导线的抗拉强度为170MPa，以及1070铝合金导电率为60.9％IACS。可以看出，本专利的异构铝导线在325℃下的强度高温保持率为95.3％，大于90％，成功将1070的耐热温度从一般150℃提高到325℃，同时保证材料导电性降低不明显。通过本专利制备的异构铝导线保持了较好的导电性能的同时，耐热性能得到了明显的提升，有着很大的应用价值。
实施例3
将AlN/Al复合材料先热挤压成内径为22mm、外径为30mm、长度为1.5m的圆柱筒棒材，选取长度为1.5m、直径为22mm的1070铝棒材。清理圆柱筒棒材的内表面和铝棒材的外表面后，将两者嵌套在一起，在转速为40r/min，进给速度为15mm/s下，直接多道次旋锻至18.2mm，对应的应变量为ε＝1。325℃保温100h后，获得的异构铝导线的拉伸曲线(如图3所示)，其抗拉强度约为187MPa，异构导线导电率约为57.2％IACS。相比保温前的异构导线的抗拉强度为194MPa，以及1070铝合金导电率为60.9％IACS。可以看出，本专利的异构铝导线在325℃下的强度高温保持率为96.2％，大于90％，成功将1070的耐热温度从一般150℃提高到325℃，同时保证材料导电性降低不明显。通过本专利制备的异构铝导线保持了较好的导电性能的同时，耐热性能得到了明显的提升，有着很大的应用价值。
实施例4
将AlN/Al复合材料先热挤压成内径为24mm、外径为30mm、长度为1.5m的圆柱筒棒材，选取长度为1.5m、直径为24mm的1070铝棒材。清理圆柱筒棒材的内表面和铝棒材的外表面后，将两者嵌套在一起，在转速为40r/min，进给速度为15mm/s下，多道次旋锻至直接为14.2mm，对应的应变量为ε＝2。325℃保温100h后，此应变量下抗拉强度保持在176MPa，导电率为58.6％IACS，相比保温前的异构导线的抗拉强度为184MPa，以及1070铝合金导电率为60.9％IACS。可以看出，本专利的异构铝导线在325℃下的强度高温保持率为95.8％，大于90％，成功将1070的耐热温度从一般150℃提高到325℃，同时保证材料导电性降低不明显。通过本专利制备的异构铝导线保持了较好的导电性能的同时，耐热性能得到了明显的提升，有着很大的应用价值。

Claims (6)

1.一种高强耐热异构铝合金导线的制备方法，其特征在于，采用高导电铝棒和高强韧耐高温铝基复合材料为原材料包括如下步骤：
步骤(1)：将高强韧耐高温铝基复合材料热挤压成预定大小的圆柱筒；
步骤(2)：将选定直径的高导电铝棒穿进圆柱筒内，形成一个整体；
步骤(3)：旋锻变形，使两者结合稳固，并获得异构铝导线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高导电铝棒的材质为1070铝合金，所述高强韧耐高温铝基复合材料为AlN/1070铝基复合材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的热挤压是在400～500℃及惰性气体保护下进行，制成的圆柱筒的内径在5-25mm之间，外径在8-36mm之间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中高导电铝棒的直径比圆柱筒的内径小0-1mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的旋锻变形具体为：在室温下，进料速度控制在2～10m/min，模具旋转速度为50～250r/min，最后旋锻变形到所需直径大小，直径减少范围在2～25mm之间。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述的方法制备的高强耐热异构铝合金导线。
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